地熱水養殖應用中氡危害防護及檢測分析

鄧 楠 王亞軍 張雪萍 張良萌 郇 陽

地熱水養殖應用中氡危害防護及檢測分析

鄧 楠1王亞軍1張雪萍1張良萌2郇 陽2

（1.陜西省核與輻射安全監督站，陜西 西安 710006；2.陜西秦洲核與輻射安全技術有限公司，陜西 西安 710054）

地熱資源的合理利用及開發可以有效減少燃煤等污染，中低溫地熱資源可用于農業養殖方面，合理利用中低溫地熱資源可幫助魚蝦越冬、加快生長速度、縮短養殖周期。但地熱水中含有氡（222Rn）及其子體，使用地熱水養殖時室內222Rn濃度提高，工作人員在高濃度222Rn環境中輻射危害大大提高；水生生物及魚類可以富集水中天然放射性物質，魚類在高濃度222Rn中會富集226Ra，人們食用時會增加輻射劑量。文章基于文獻調研和陜西省地熱水中222Rn濃度測量及地熱養殖魚體中226Ra含量，研究地熱水中的輻射問題，計算相關工作人員年均輻射劑量，給予地熱水養殖中輻射防護建議。

地熱水養殖；氡；輻射防護

引言

地熱資源是可以被人類開發及利用的地球內部熱能資源，對地熱資源的合理開發及利用可以有效減少燃煤等能源污染。地熱資源是一種儲量非常豐富的資源，我國地熱資源較為豐富，中低溫地熱資源主要用于采暖洗浴、造紙印染、食品加工、農業養殖及醫療保健等方面[1]。利用中低溫地熱資源養殖對于引進熱帶魚、幫助魚蝦越冬，調節養殖水溫提早獲得苗種、加快生長速度及縮短周期等方面有很大益處。但地熱水在應用過程中可能對環境造成一定影響，地熱水中含有氡（222Rn）及其子體，222Rn是鐳（226Ra）在鈾（238U）α衰變中產生的，它存在于地殼各種類型的巖石中，在土壤和水中也隨處可見[2]。國際癌癥研究機構（IARC）將222Rn歸類于I類致癌因素，世界衛生組織（WHO）也將其列為19種致癌物質之一。222Rn及其子體從呼吸道進入人體后，主要沉積在肺、鼻咽、及氣管—支氣管粘膜上，使得這些區域會接受到高能的α粒子照射。同時222Rn及其子體可通過呼吸道黏膜進入血液和全身，導致血液和其他臟器受到222Rn子體的照射[3]。

1 國內外地熱水養殖概況

1.1 國外概況

地熱水產養殖是指在受控環境中養殖淡水或海洋生物，以提高生產率。在地熱水中養殖的主要魚類有鯰魚、羅非魚、鱸魚、鱒魚、鱘魚、巨型淡水蝦和熱帶魚。在水產養殖中，控制合適地熱養殖溫度可以提高50%～100%的生長率，從而增加年收獲數量。

美國地熱資源在農業方面利用率最高，有58個水產養殖基地，利用地熱能養殖了近20種兩棲動物、魚類和蝦[4]；西伯利亞漁業研究所在貝什馬生產實驗場用地熱水培育鯉魚，延長生長期，將幼魚存活率提高到46%～73%；Samherji是冰島最大的漁業和海鮮公司，他們利用地熱水孵化、生產、養殖魚類，是世界上最大的陸生鮭魚養殖場之一[5]；日本的地熱溫室占地約20英畝（8.0公頃），種植著各種蔬菜和鮮花；在匈牙利，建立的捷哈格溫熱水養魚場，可供應全國池塘業和天然水域所需苗種的35%～40%，匈牙利中央索爾沃什漁業研究所，利用42.5 ℃的地熱水，建造了循環式溫流水孵化系統，年均可生產1億～1.2億尾4日齡的養殖魚苗[6]。

1.2 國內概況

我國自20世紀70年代以來，全國利用地熱水養殖溫帶魚蝦、水稻育缺、蔬菜生產、花卉苗木培育等。1983年建成鋼架塑料大棚越冬溫室20畝，親魚池8畝，當年越冬成活率達80 %以上；湖南汝城利用地熱水將養殖水溫保持在25 ℃～30 ℃，用于養殖甲魚、羅非魚、牛蛙、福壽螺[7]；2014年山東省黃河三角洲氣度利用黃河水配兌地熱深井水設施研究養殖凡納濱對蝦，于2015年達到國內領先水平[8]；北京、河北等地用地熱水灌溉農田，調節水溫，用30 ℃～40 ℃的地熱水種植水稻，以解決春寒時的早稻爛秧問題，利用地熱建造溫室，育秧、種菜和養花，利用地熱給沼氣池加溫，提高沼氣產量；北京、天津、西藏和云南等地都建有面積大小不等的地熱溫室，用于種植蔬果；各地還利用地熱大力發展養殖業，如培養菌種、養殖非洲鯽魚、鰻魚、羅非魚、羅氏沼蝦等[9]。

2 地熱水養殖中的氡監測及輻射分析

2.1 222Rn及226Ra濃度監測

2.1.1 監測范圍

通過陜西省各地市漁業管理部門（農業農村局漁業漁政處）及技術支持部門（水產站），獲取陜西省境內地熱水養殖場的輻射監測數據。主要針對以下方面進行監測：

（1）對養殖地魚塘周邊、辦公場所、養殖場區工作人員布設劑量片，時長1個月，進行環境累積氡劑量監測和個人累積氡劑量監測。

（2）對養殖地水樣和養殖地周圍空氣222Rn濃度進行現場監測。

（3）養殖地水樣、生物樣品中226Ra監測，其中生物樣對可食用部分和不可食用部分分別進行監測。

2.1.2 輻射劑量計算方法

我國輻射防護標準GB 18871—2002“電離輻射防護與輻射源安全基本標準”對于放射性工作人員的劑量當量限值的規定為：在射線防護計算中，一般按全身均勻外照射取劑量當量限值為50 mSv/年。吸入222Rn及其子體對相關人員產生的年均有效劑量估算公式如式（1）[10]。

ERn：年均有效劑量，單位為毫希沃特（mSv）；

CRn：平均氡濃度，單位為貝可每立方米（Bq·m-3）；

DCFRn：222Rn的劑量轉換因子，等于1.7×10-5mSv （Bq·h·m-3）-1[11]；

DCFRnD：氡子體劑量轉換因子，等于9×10-6[11]；

F：222Rn與子體的平衡因子，世界室內典型值為0.4，我國室內典型值為0.5[10]；

t：工作時長，根據《中華人民共和國勞動法》第三十六條國家實行勞動者每日工作時間不超過八小時、平均每周工作時間不超過四十四小時的工時制度。國家實行勞動者從全年日歷時間365天中扣除52個星期的公休日104天，扣除法定節假日11天，全年應工作250天，每月平均工作20.83天，每天工作8小時，全年工作時長為2000小時。

2.1.3 監測結果

對養殖魚塘周邊、辦公場所、養殖場區工作人員布設劑量片，時長1個月，進行環境累積222Rn劑量監測和個人累積氡劑量監測，并對工作人員年均輻射劑量利用公式（1）進行估算，結果見表1。

表1 工作人員年輻射劑量

對養殖地水樣和養殖地周圍空氣中222Rn濃度現場監測，結果見表2。

表2 養殖區域222Rn濃度

對養殖地水樣、生物樣品中226Ra監測，其中生物樣對可食用部分和不可食用部分分別進行監測，結果見表3。

表3 生物體內226Ra劑量

2.2 222Rn及226Ra濃度限值

2.2.1222Rn濃度限值

室外222Rn平均水平從5 Bq·m-3到15 Bq·m-3不等，室內和通風少的區域濃度較高，在礦山、洞穴和水處理設施等地方的222Rn濃度最高。住宅、學校、辦公室等建筑物中，222Rn濃度范圍跨度較大（10 Bq·m-3至大于1000 Bq·m-3）。當平均222Rn 濃度每增加100 Bq·m-3，肺癌的風險增加約16 %。世界相關組織機構對室內222Rn濃度參考標準見表4。

表4 222Rn濃度參考標準

在ICRP第126號出版物中，委員會建議222Rn照射的控制要基于適當的參考水平防護最優化原則，建議水平對于年劑量限值可在1 mSv～20 mSv范圍內，約10 mSv左右的年劑量應作為制定氡照射參考水平的基準[14]。

2.2.2226Ra濃度限值

地熱水養殖魚類時，水生生物及魚類可以富集水中天然放射性物質，魚類在高濃度222Rn中會富集226Ra，人們食用后將受到一定量的輻射。因此，地熱養殖中要保證魚類體內226Ra含量符合國家對食品中放射性物質限值規定。對于食品中放射性物質我國現行標準是1994年頒布的GB 14882—94《食品中放射性物質限制濃度標準》，在該標準中主要規定了食品中12種放射性物質的限制濃度，其中明確規定了魚肉蝦類中226Ra含量不得高于38 Bq·kg-1[15]。

2.3 結果分析

222Rn與子體平衡因子為0.5，年占用量為2000 h，由于222Rn的活度濃度值為300 Bq·m-3，對應年輻射劑量限值為2.802 mSv。根據計算，寶雞溫水溝魚塘邊相關工作人員年均222Rn輻射劑量最大，輻射量為2.58 mSv，小于國家標準規定最大222Rn濃度環境中輻射劑量，以及放射性工作人員輻射劑量當量限值的規定。

針對水中222Rn濃度進行測量，發現部分地區地熱水中222Rn濃度較高。由于水中222Rn會向空氣中進行了一定量的轉移，因而在靠近養殖區范圍222Rn濃度相對較高。為防止地熱養殖的魚類在高濃度的222Rn環境中富集226Ra，對魚類可食用及不可食用部分226Ra含量進行測量，測量結果表明魚體中226Ra含量最高值為3.27 Bq·kg-1，低于國家標準限值。

2.4 222Rn的防護原則及措施

關于222Rn的防護原則，主要參考歐盟輻射防護193號文件，它涉及工作場所中222Rn濃度規定；同時依據ICRP126號出版物對222Rn輻射所致的肺癌提出的幾點觀點。222Rn的照射危害占公眾接受天然輻射中最大份額，在利用地熱溫泉水時需對222Rn進行防護，以下是針對地熱水利用時對222Rn的防護建議[1]。

（1）地熱養殖過程中，首先針對長期工作在魚池附近的工作人員輻射劑量進行檢測，防止在工作中吸入的222Rn累計暴露量過高。若養殖區為封閉區域，應加強通風，封閉區域定期監測222Rn含量，防止工作區域222Rn濃度過高。辦公區域也應注意通風，并定期監測222Rn濃度。

（2）水生生物及魚類可以富集水中天然放射性物質，在高濃度222Rn中富集鐳。因而在地熱養殖中應重點防護魚類中相關放射性核素，如：U、226Ra、210Po、210Pb，避免魚體含有過量放射性核素，導致人體食用后受到輻射。

采取最優化防護原則，針對非高氡作業場所工作人員采用統一防護原則，制定職業人員限制，對于氡濃度低于37 Bq·L-1的地熱水無需進行過多限制。

3 結束語

通過對陜西省地熱水養殖場環境累積劑量、工作人員個人劑量、空氣222Rn濃度以及生物體內226Ra比活度調查與分析，得出陜西省各地熱水養殖場環境222Rn濃度、工作人員個人年累積劑量、生物體內226Ra比活度測量結果均低于國家限值。本次調查結果彌補了地熱水養殖輻射環境現狀數據，為后續地熱水養殖輻射影響和輻射防護工作建立基礎。

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Radon Hazard Protection and Detection Analysis in Geothermal Aquaculture Application

The rational utilization and development of geothermal resources can effectively reduce the pollution caused by coal combustion. Medium and low temperature geothermal resources can be used for agriculture breeding. Rational utilization of medium and low temperature geothermal resources can help fish and shrimp survive the winter, accelerate their growth rate, and effectively shorten the breeding cycle. However, geothermal water contains radon (222Rn) and radon progeny. When geothermal water is used for breeding, the indoor concentration of222Rn would increase, which greatly increase the harm of radiation to workers in the environment with high concentration of222Rn. Aquatic organisms and fish can enrich natural radioactive substances in water. Fish may enrich radium in high concentration222Rn, which increase the the radiation dose when eating. Based on the literature survey and the measurement data of222Rn concentration in geothermal water and226Ra in fish samples in Shaanxi province, this paper studies the radiation problem in geothermal water, and estimates the average annual radiation dose of relevant staff, and puts forward suggestions on the radiation protection in geothermal water aquaculture.

geothermal aquaculture; radon; radiation protection

TL7

A

1008-1151(2022)11-0046-03

2022-08-25

鄧楠（1991－），女，陜西省核與輻射安全監督站助理工程師，研究方向為輻射防護與監測。